AT89C51单片机铁路沿线风速雨量采集方法设计(3)
2铁路沿线风速、雨量采集方法的总体设计
2.1 系统的要求及技术指标
高速铁路气象监测系统设计要求和技术指标如下：
(1)系统应具有防雷和抗干扰能力，与其他系统的接口设备故障时，不得影响其他系统的正常运行。
(2)系统能够适应高速铁路现场复杂的地理环境，采集节点广泛，能适应不同段的气象变化，系统具有很好的扩展性。
(3)能够对高速铁路信息自动采集，包括风速、风向、雨量、温度、气压等，采集的数据参数要求如下：
①风速：0-60米／秒；分辨率：0．5米／秒；精确度：士5米／秒；
②风向：0-360度；分辨率：1度；精确度：士5度；
③气温：-40-60摄氏度；分辨率：0．1摄氏度；精确度：士0．5摄氏度；
④气压：600～1100帕；分辨率：0．4帕；精确度：士1．5帕；
⑤雨量：0～999．9mm；准确度：20mm／h以下，≤O．5mm；20mm／h以上，≤3％
(4)系统现场设备能够实现没人值守，具备比较完善的自我诊断和远程管理功能。
(5)设备采集的数据能够通过以太网发送到数据处理服务终端，系统设备应具备10／100Bsae—T通信接口。
(6)设置一定的气象告警范围，当气象信息测量值超过设定范围时，给出告警信息。
2.2 系统总体设计
高速铁路防灾预警系统采用模块化设计, 实现监测信息的分布获取、集中管理、综合运用, 全面掌握灾害动态, 提供及时准确的灾害报警和预警功能, 防止或减轻因灾害引发的损失,避免引发次生灾害, 是现代化铁路运输系统中不可缺少的重要技术保障。系统主要由气象监测分站、气象数据服务器、列车调度中心、列车气象信息台以及用于数据传输的Internet和无线网络设备组成。高速铁路气象监测预警系统如图所示。
图2.1 系统硬件框图
本设计采用AT89C51单片机，利用AD采样1到5V电压信号，该信号代表风量。利用开关模拟雨量信号，每按一下表示雨量增加0.1mm，再通过A/D（ADC0808）转化把电信号转换为数字量后，再由单片机（AT89C51）进行处理，最后把数字量显示在LED显示屏上。
图2.2 系统硬件设计框图
2.3 单片机最小系统设计
对于MCS-51 单片机，其内部已经包含了一定数量的程序存储器和数据存储器，在外部只要增加时钟电路和复位电路即可构成单片机最小系统。下面对51单片机最小系统需要的时钟电路和复位电路做一下详细的说明。 时钟电路 单片机系统中的各个部分是在一个统一的时钟脉冲控制下有序地进行工作，时钟电路是单片机系统最基本、最重要的电路。MCS-51 单片机内部有一个高增益反相放大器，引脚XTAL1 和XTAL2 分别是该放大器的输入端和输出端，如果引脚XTAL1 和XTAL2 两端跨接上晶体振荡器（晶振）或陶瓷振荡器就构成了稳定的自激振荡电路，该振荡电路的输出可直接送入内部时序电路。MCS-51 单片机的时钟可由两种方式产生，即内部时钟方式和外部时钟方式。
选用的单片机为AT89C51系列芯片，该芯片的最小系统由时钟电路、复位电路、片选信号构成。在最小系统构成的基础上，将P1口作为模拟量的转换为数字量的接收端，P0口作LED显示屏的数据发送端，P2口作LED显示屏的控制端口，同时作为过压及欠压的报警电路使用。具体最小系统设计如图所示：
图2.3 最小系统设计图
2.4 显示电路设计
图2.4 电路设计图
电路设计说明：LED的A B C D E F G DP 引脚接对应的单片机上的P10 P11 P12 P13 P14 P15 P16 P17, 1 2 3 4则对应单片机的P20 P21 P22 P23。 LED的公共端com接地，则其余引脚接+5V，所以对应的LED 的显示器七段码是0x3f, 0x06, 0x5b, 0x4f, 0x66, 0x6d, 0x7d, 0x07, 0x7f, 0x6f。